‍ 💢نسبیت عام
قسمت نخست

🔺 جرم mass و تکانه زاویه ای angular momentum ، مبهم باقی مانده توسط انیشتین، تعریف یافته

اگرچه ممکن است تعجب آور به نظر برسد، 107 سال پس از معرفی نسبیت عام، معانی مفاهیم اساسی آن هنوز در حال بررسی هستند.‌‌
اکنون محققان می توانند مقدار تکانه زاویه ای تابش شده از یک آبجکت را به گونه ای محاسبه کنند که به ناظر بستگی ندارد.‌‌

بیش از یک قرن پس از اینکه آلبرت انیشتین از نسبیت عام پرده برداری کرد، نظریه اسطوره ای گرانش او هر آزمون آزمایشی را که در معرض آن قرار گرفته بود با موفقیت پشت سر گذاشت. نسبیت عام درک ما از گرانش را دگرگون کرده است، و آن را نه به عنوان نیرویی جاذب بین اجرام پرجرم، که مدت‌ها بود، با این تصویر شناخته میشد، بلکه بیشتر به‌عنوان پیآمدی از فضا و زمان منحنی (Curve ) در حضور جرم و انرژی است. این نظریه به پیروزی های خیره کننده ای دست یافته است - از تایید در سال 1919 که نور در میدان گرانشی خورشید خم می شود تا مشاهدات سال 2019 که نیم رخ تاریک silhouette یک سیاهچاله را نشان می دهد. پس شاید تعجب آور باشد که نسبیت عام هنوز در حال پیشرفت است.(تصویر اخیر JWST هم کش آمدگی فضازمان پیرامون یک ستاره را نشان داد)

حتی اگر معادلاتی که انیشتین در سال 1915 معرفی کرد، مربوط به انحنای ناشی از آبجکت های جرم-دار است، این نظریه راه ساده یا استانداردی برای تعیین جرم یک آبجکت ارائه نمی دهد. تکانه زاویه ای - اندازه گیری حرکت چرخشی rotational motion آبجکت در فضا-زمان - حتی تعریف مفهومی دشوارتر است.‌‌

برخی از مشکلات ناشی از یک حلقه فیدبک است که در نسبیت عام ساخته شده است. ماده و انرژی پیوستار فضا-زمان را منحنی می‌کنند، اما این انحنای خود به منبع انرژی تبدیل می‌شود که می‌تواند باعث انحنای اضافی شود - پدیده‌ای که گاهی از آن به عنوان "گرانشِ گرانش gravity of gravity" یاد می‌شود. و هیچ راهی برای جدا کردن جرم ذاتی یک جسم از انرژی اضافی حاصل از این اثر غیرخطی وجود ندارد. علاوه بر این، نمی‌توان تکانه یا تکانه زاویه‌ای را بدون محکم گرفتن بر روی جرم تعریف کرد.

انیشتین چالش های موجود در کمی-سازی quantifying جرم را تشخیص داد و هرگز به طور کامل توضیح نداد که جرم چیست یا چگونه می توان آن را اندازه گیری کرد. تا اواخر دهه 1950 و اوایل دهه 1960 بود که اولین تعریف دقیق ارائه شد. فیزیکدانان ریچارد آرنویت، استنلی دزر و چارلز میسنر جرم یک آبجکت ایزوله، مانند سیاهچاله را که از تقریباً بی نهایت دور مشاهده می شود، تعریف کردند، جایی که فضا-زمان تقریباً مسطح است و تأثیر گرانشی جسم به صفر نزدیک می شود.‌‌

💢@higgs_field

💢PHYSICS & basement
chapter 5


5•پارتیکل ها کوانتا [ی میدان ها] هستند
قسمت چهارم

📌آیا این ایده منطقی است؟

بسیار خوب، همانطور که اشاره کردیم، میدان های نسبیتی کلاس 0 شامل میدان های الکتریکی است و امواج آنها امواج الکترومغناطیسی و به طور خلاصه نور هستند. و فرمول آن در بالا که برای کوانتا های کلاس 0 به دست آوردیم، مانند فیلد های کلاس 1 با این تفاوت که μ = νmin برابر با صفر است - به عبارت دیگر، با m = 0. با در نظر گرفتن جذر آن :

E = p c

که رابطه انیشتین برای ذرات بدون جرم است. کوانتای امواج الکترومغناطیسی (شامل همه اشکال نور: نور مرئی، نور ماوراء بنفش، نور مادون قرمز، امواج رادیویی، پرتوهای گاما و غیره، که تفاوت فقط در فرکانس آنها و بنابراین در انرژی آنها ست) .

از دومین معادله بالا ( معادله میدان کلاس 1)، در نهایت می توانیم ببینیم که جرم یک ذره چقدر است. هر ذره ای که جرم دارد، کوانتومی از میدان کلاس 1 است که امواج آن فرکانس مینیموم vmin را دارند. مینیموم انرژی یک کوانتوم منفرد چنین موجی h برابر فرکانس آن است. و جرم ذره به سادگی همان مینیموم انرژی تقسیم بر c² است.

m = h νmin /c²

اگر می‌خواهیم بدانیم جرم ذره از کجا می‌آید، باید بدانیم چه چیزی vmin را تعیین می‌کند و چرا در وهله اول فرکانس مینیموم وجود دارد. برای ذراتی مانند الکترون ها و کوارک ها، داستان کامل مشخص نیست، اما میدان هیگز نقش مهمی ایفا می کند.

بنابراین نتیجه می گیریم: ذرات طبیعی کوانتوم های میدان های کوانتومی نسبیتی هستند. و ذرات بدون جرم کوانتومی از امواج در میدان هایی هستند که معادله کلاس 0 را برآورده می کنند. آنهایی که جرم دارند با میدان هایی با معادله کلاس 1 مطابقت دارند. جزئیات بیشتری برای بررسی وجود دارد. اما این واقعیت یکی از بنیادی ترین ویژگی های دنیای ما است.‌‌


💢@higgs_field

💢“Not only is the Universe stranger than we think, it is stranger than we can think.”

- Werner Heisenberg

✓ "جهان نه تنها شگفت تر و ناشناخته تر از آن چیزی است که ما فکر می کنیم، بلکه از آن چیزی است که می توانیم فکر کنیم هم شگفت تر و ناشناخته تر است ."

- ورنر هایزنبرگ

💢@higgs_field

💢بازسازی تابلوی شبِ پرستاره‌ی ونگوک با عکسِ ارسالی از جیمز وب

💢@higgs_field

💢Albert Einstein's lonely road to unifying the forces of nature. By rejecting quantum 'dice-rolling,' and essentially ignoring the nuclear and particle physics discoveries of the mid-20th century, he took his own path.‌‌


📌جاده تنهایی آلبرت اینشتین برای یکپارچه سازی نیروهای طبیعت. او با رد « تاس بازی » كوانتومي، و اساساً ناديده گرفتن كشف‌هاي فيزيك هسته‌اي و فیزیک ذرات در اواسط قرن بيستم، مسير خود را در پيش گرفت.‌‌


💢@higgs_field

💢When Netta Englehardt read “A Brief History of Time” by Stephen Hawking as a kid, it set her sights on the quantum nature of gravity. Now Englehardt is contributing to the surge of progress on the famous black hole information paradox that Hawking posed.

وقتی نتا انگلهارت در کودکی کتاب «تاریخ مختصر زمان» اثر استیون هاوکینگ را خواند، با ماهیت کوانتومی گرانش آشنا شد. اکنون انگلهارت در حال کمک به پیشرفت در پارادوکس معروف اطلاعات سیاهچاله است که هاوکینگ مطرح کرد.

https://www.quantamagazine.org/netta-engelhardt-has-escaped-hawkings-black-hole-paradox-20210823/


* تا کنون ایده های مختلفی برای حل پارادوکس بدنام اطلاعات سیاهچاله مطرح شده اما این یکی با در نظر گرفتن گرانش کوانتومی متفاوت است .

💢@higgs_field

💢ناسا ، روز جمعه، ۲۴تیر ماه ، نخستین تصویر رنگی تلسکوپ فضایی جیمزوب را از سیاره‌ی گازی هرمز( مشتری) در سامانه‌ی خورشیدی منتشر کرد. در تصویر منتشر شده ، سه ماه این کره به نام‌های اروپا ، فیبی و متیس دیده می‌شود.
این تصاویر برای تست توانایی های جیمز وب JWST برای بررسی ردیابی اجرام متحرک ثبت شده است.

https://www.space.com/james-webb-space-telescope-first-jupiter-photos


💢@higgs_field

💢PHYSICS & basement
chapter 5


5•پارتیکل ها کوانتا [ی میدان ها] هستند
قسمت پنجم

‍ 📌آیا این کوانتاها واقعاً مانند پارتیکل ها رفتار می کنند؟

وقتی به ذرات فکر می کنیم، به ذرات (particles) غبار یا دانه های شن فکر می کنیم. کوانتاها به این معنا ذره نیستند. آنها امواجی هستند که برای یک فرکانس معین دارای حداقل انرژی و دامنه هستند. اما از آنجا که شبیه ذرات رفتار می‌کنند ، می‌توانیم استفاده از کلمه «ذره» در توصیف آن‌ها را ببخشیم .


اگر موجی در آب ایجاد کنید و اجازه دهید این موج از روی برخی از سنگ هایی که درست زیر سطح آب قرار دارند عبور کند، مقداری از موج از روی خط عبور می کند و برخی از آن به عقب منعکس می شود( مانند شکل 3. )


دقیقاً چگونه بسیاری از تلاقی ها به شکل سنگ ها، میزان نزدیکی آنها به سطح و غیره بستگی دارد. اما نکته این است که مقداری از موج از طریق سنگ ها منتقل می شود و مقداری منعکس می شود. مقداری از انرژی موج در همان جهتی حرکت می کند که در ابتدا می رفت. برخی به سمت دیگری برمی گردند.

🔺شکل 3: یک مانع باعث می شود که یک موج تا حدی منعکس شود. دامنه موج منعکس شده به طور جزئی به مانع بستگی دارد، اما (در صورت عدم وجود مکانیک کوانتومی) می تواند هر مقداری را داشته باشد.‌‌

💢@higgs_field

💢عکس بعدی جیمز وب، عکسی از سحابی حلقه جنوبی هست که عکس سمت چپ با سنسور NIRCam و سمت راست همون منطقه با سنسور MIRI جیمز وب ثبت شده است .

📌 تصاویر با کیفیت

💢@higgs_field

💢عکس بعدی جیمز وب، سحابی Carina هست که احتمالا در گذشته اون رو دیده بودید ولی حالا به لطف سنسورهای بسیار قدرتمند جیمز وب، با سنسور NIRCam این تلسکوپ میشه جزییات بسیار بیشتر از اون رو مشاهده کرد.

📌 تصویر با کیفیت
💢@higgs_field

💢نسبیت عام / جرم mass و تکانه زاویه ای angular momentum ، مبهم باقی مانده توسط انیشتین، تعریف یافته
قسمت دوم


‍ اگرچه این روش محاسبه جرم (که به نام نویسندگان آن به عنوان "جرم ADM" شناخته می شود) مفید واقع شده است، اما به فیزیکدانان اجازه نمی دهد جرم را در یک منطقه محدود تعیین کنند. مثلاً بگویید که آنها در حال مطالعه دو سیاهچاله هستند که در حال ادغام هستند، و می خواهند جرم هر سیاهچاله منفرد را قبل از ادغام، بدون توجه به سیستم ادغام شونده تعیین کنند. جرم محصور شده در هر ناحیه منفرد - همانطور که از سطح آن منطقه اندازه گیری می شود، جایی که گرانش یا انحنای فضا-زمان ممکن است بسیار قوی باشد - جرم شبه محلی " quasilocal mass " نامیده می شود.‌‌

در سال 2008، ریاضیدانان Mu-Tao Wang از دانشگاه کلمبیا و Shing-Tung Yau، که اکنون استاد دانشگاه Tsinghua در چین و استاد بازنشسته در دانشگاه هاروارد است، تعریفی از جرم شبه محلی ارائه کردند که به ویژه بسیار مفید بود. در سال 2015، آن‌ها را قادر ساخت تا تکانه زاویه‌ای شبه محلی quasilocal را تعریف کنند. و در بهار امسال، آن نویسندگان اولین تعریف مبسوط از تکانه زاویه‌ای angular momentum منتشر کردند که « ابر تبدیلات نامتغیر» است، به این معنی که بستگی به این ندارد که ناظر در کجا قرار دارد یا چه سیستم مختصاتی را انتخاب می‌کند. با چنین تعریفی، ناظران اصولاً می‌توانند امواجی را در فضا-زمان که توسط یک آبجکت در حال چرخش ایجاد می‌شود، اندازه‌گیری کنند و مقدار دقیق تکانه زاویه‌ای را که توسط این امواج از جسم خارج می‌شود، محاسبه کنند، که به عنوان امواج گرانشی شناخته می‌شوند.‌‌

لیدیا بیری، ریاضیدان و کارشناس نسبیت عام در دانشگاه میشیگان، درباره مقاله مارس 2022 گفت: «این یک نتیجه عالی است و اوج تحقیقات پیچیده ریاضی در طول چندین سال است.» در واقع، توسعه این جنبه‌های نسبیت عام نه تنها سال‌ها، بلکه چندین دهه طول کشید.‌‌

📌شبه محلی ماندن staying quasilocal

در دهه 1960، استیون هاوکینگ تعریفی از جرم شبه محلی ارائه کرد که امروزه در برخی شرایط به دلیل سادگی آن مورد علاقه است. هاوکینگ در تلاش برای محاسبه جرم محصور شده توسط افق رویداد سیاهچاله - مرز کروی نامرئی آن - نشان داد که شما می توانید جرم درون هر کره را با تعیین میزان خمش پرتوهای نور ورودی و خروجی توسط ماده و انرژی موجود در درون آن محاسبه کنید. در حالی که «جرم هاوکینگ» این برتری را دارد که محاسبه آن نسبتاً آسان است، این تعریف فقط در یک فضا-زمان که به طور کروی متقارن است (یک شرایط ایده آل، زیرا هیچ چیز در دنیای واقعی کاملاً کروی نیست) یا در یک «استاتیک » کار می کند. فضا-زمان که در آن هیچ چیز در زمان تغییر نمی کند.
جست و جو برای تعاریف کارآ تر ادامه یافت. در یک سخنرانی در دانشگاه پرینستون در سال 1979، راجر پنروز، فیزیکدان ریاضیاتی بریتانیایی، یکی دیگر از پیشگامان فیزیک سیاهچاله، وظیفه مشخص کردن جرم شبه محلی را به عنوان مسئله شماره یک حل نشده در نسبیت عام، مشخص کرد - «جایی که نیازی به رفتن تا بی نهایت نیست تا مفاهیم به طور معناداری تعریف شوند» .

تعریف تکانه زاویه ای شبه محلی در رتبه دوم فهرست پنروز قرار گرفت.‌‌

🔺 The late British physicist Stephen Hawking, pictured in 1979, devised one of the first definitions of quasilocal mass. While it is appealingly straightforward to calculate, Hawking mass only works in simple scenarios.


💢@higgs_field

💢 Physicists Georges Lemaître and Albert Einstein, who each made vital contributions to cosmology.

دو فیزیکدان ، کشیش جرج لومتر و آلبرت اینیشتین ، که هر دو سهمی حیاتی در کیهان شناسی دارند .
قانون لومتر هابل که پندام کیهانی را توضیح میداد و پیامد آن مدل مهبانگی است و نسبیت و فوتوالکتریک که هر کدام شاهکار های نابغه ی بزرگ ، اینشتین هستند .

💢@higgs_field

💢 Emmanuel do not do it :(((



💢@higgs_field

💢PHYSICS & basement
chapter 5


5•پارتیکل ها کوانتا [ی میدان ها] هستند
قسمت ششم


‍ اما اگر یک فوتون را به یک تکه شیشه بفرستید که تا حدودی بازتابنده است، آن فوتون یا از طریق شیشه منتقل می شود یا منعکس می شود (شکل 4). [به طور دقیق‌تر، اگر آنچه فوتون انجام می‌دهد را اندازه‌گیری کنید، متوجه خواهید شد که یا منعکس شده یا منتقل شده است. اگر آن را اندازه نگیرید، نمی توانید بگویید چه اتفاقی افتاده است. به تیرگی و ابهامات مکانیک کوانتومی خوش آمدید. ]

 یک فوتون یک کوانتوم است. انرژی آن را نمی توان به دو بخش عبور کرده از شیشه و بخشی که به عقب بازتاب شده ، تقسیم کرد، زیرا در این صورت کمتر از یک کوانتوم در هر دو طرف وجود خواهد داشت که مجاز نیست.

[نکته : شیشه نمی‌تواند فرکانس فوتون را تغییر دهد، و به همین دلیل است که انرژی نمی‌تواند بین دو یا چند کوانتوم با فرکانس‌های پایین‌تر تقسیم شود.] بنابراین فوتون، اگرچه موج است، اما کاملاً مانند یک ذره در این مورد رفتار می‌کند. یا از شیشه [به عقب] پرش می کند bounce ، یا خیر. جهش یا خیر! که معادلات مکانیک کوانتومی قادر به پیش‌بینی آن نیستند . این معادلات فقط احتمالات مربوط به جهش را می دهند. اما آنها پیش بینی می کنند که مهم نیست چه اتفاقی می افتد، فوتون به عنوان یک واحد unit حرکت می کند و هویت خود را حفظ می کند.‌‌


🔺شکل 4: یک کوانتوم از نور (فوتون) که به شیشه برخورد می کند ممکن است فقط به طور کامل منعکس یا به طور کامل منتقل شود، اگرچه تنها احتمال وقوع یکی یا دیگری وجود دارد. پویانمایی یک فوتون را نشان می دهد که منتقل می شود و به دنبال آن یک فوتون که بازتاب می شود.


💢@higgs_field

💢 what is gravitational lensing ?
With subtitle
#English

💢@higgs_field